结构设计原理课件 模块1 桥梁结构与基本构件

模块1

桥梁结构与基本构件掌握桥梁组成和各组成部分的作用；了解桥梁建造施工的一般过程。熟悉工程基本构件按受力特征、建筑材料的两种分类。学习目标任务目录1.1桥梁结构1.2结构基本构件公路桥梁的桥型1.1桥梁结构

桥梁、隧道、涵洞、挡土墙等人工构造物，作为单项工程实体,必须由其承重结构来承受各种外荷载的作用。

承重结构是由构件按照工程力学的结构几何不变体系构成原则组成。

1）桥梁的组成与承重结构

从桥梁的设计、施工和管理上，一般可把桥梁的组成分成四部分，即桥面系、上部结构、下部结构和附属设施。

以一座三跨预制装配式钢筋混凝土简支空心板梁桥布置图为例来介绍。1.1桥梁结构（1）桥面系。桥面系包括桥面铺装、桥面板、伸缩装置、泄水系统、防撞护栏或人行道及栏杆、照明系统，以及桥头搭板等。为汽车、行人等提供安全适用的通过空间。图1-1钢筋混凝土简支空心板梁桥的布置图1.1桥梁结构（2）上部结构。是桥梁支座(包括桥梁支座）以上跨越桥孔结构的总称。上部结构除承受自身重力（又称结构重力）作用外，还要承受桥面系的重力（又称结构附加重力）和桥面上汽车、人群等直接作用。图1-1钢筋混凝土简支空心板梁桥的布置图1.1桥梁结构（3）下部结构。是桥墩、桥台和基础的总称。下部结构的主要作用是支承上部结构，因此除承受自身重力作用和其他作用外，还承受桥梁上部结构传来的全部荷载作用，并把它们传递给地基。图1-1钢筋混凝土简支空心板梁桥的布置图1.1桥梁结构（4）附属设施。指桥头（桥台两侧及前墙外）锥体及防护用铺砌、桥头及引道的排水设施、以及特大桥和大桥专门设置的维修养护通道设施等。图1-1钢筋混凝土简支空心板梁桥的布置图1.1桥梁结构2）桥梁结构的荷载传递图中桥面上竖向力表示作用的汽车荷载、人群荷载、及结构构件重力和结构附加重力等竖向荷载。①桥面系自重和汽车、人群等荷载直接作用在上部结构上，这时上部结构的空心板受力，除空心板本身产生截面内力（弯矩和剪力）和弯曲变形外，同时荷载力传递至空心板的支座处，即产生支承反力。

图1-2桥梁结构受力与荷载传递路径②通过空心板的支座，荷载力传递下部结构的桥墩盖梁上，除盖梁本身产生截面内力（弯矩和剪力）和弯曲变形外，同时荷载力传递至盖梁与墩柱刚接点处。传递的荷载力使墩柱截面受压，同时荷载力继续传递到基础（图1-2所示桩基础），再传递到地基。综合归纳总结如下：桥梁一般由桥面系、上部结构、下部结构和附属设施四部分组成。其中桥梁的上部结构和下部结构起到至关重要的受力和传力作用，故为桥梁承重结构（简称桥梁结构）。桥梁承重结构由构件按照工程力学的结构几何不变体系构成原则组成。一般是由若干构件连接而成，需要时也采用整体式截面构件，均属于受力构件。若结构构件发生受力破坏，则结构就起不到受力和传力的作用，导致桥梁不能安全使用。1.1桥梁结构1.1桥梁结构3）桥梁结构施工建造的一般顺序a）基础施工完毕b）墩（台）施工完毕c）上部结构安装施工完毕d）桥面系施工完毕桥梁现场施工就是按下部结构到上部结构，再到桥面系施工的顺序进行。在结构施工过程中，每个构件和若干构件连接形成的结构都应该是几何不变和牢固稳定的。1.1桥梁结构桥梁的承重结构或是由若干个受力构件连接而成的，或是直接采用单个整体受力构件，同时，在实际工程上桥梁结构构件等都是由建筑材料制作而成的。工程上一般按照构件受力特征和使用的建筑材料种类来划分。1）按构件受力特征的分类桥梁结构按构件的受力特征，主要有以下几种典型的基本构件。（1）受弯构件在荷载作用下构件发生弯曲变形且截面上产生弯矩和剪力的构件。工程上主要有梁和板这两种受弯构件。1.2结构基本构件在自重荷载作用下，由于箱形梁截面左右对称，自重作用可以看作垂直于梁纵轴（截面重心轴的连线）的均布荷载qG,得到简支箱形梁的计算简图。由材料力学可以得到自重荷载作用下梁的弯矩、剪力图和跨中最大挠度。1.2结构基本构件1梁1.2结构基本构件梁有时也会受扭矩作用，这时梁截面上除产生弯矩M、剪力V之外还有扭矩T，但主要还是受弯。

1.2结构基本构件板的几何特征是截面的高度远小于其宽度，板在竖向荷载作用下截面上主要产生弯矩，剪力很小，且产生挠曲变形。两对边是简支两侧边自由（图1-6）的矩形板，受力特点与梁相近，称为单向板。2板四边是简支、固接或弹性嵌固的矩形板称为四边支承板，有些情况下板在两个方向上都要发生弯曲（图1-7），称为双向板，1.2结构基本构件（2）受压构件受压构件（直杆件）是在沿构件纵轴线方向压力作用下的构件，以截面受压为。当压力作用点在构件截面的重心时，称为轴心受压构件。当压力作用点不在构件截面的重心上时，称为偏心受压构件，这时构件截面上以受压力为主，还有弯矩及剪力作用。桥梁上采用的拱，即曲杆形式构件，也是偏心受压构件。在竖向荷载作用下，拱截面上产生轴向压力N、弯矩M和剪力V。1.2结构基本构件1.2结构基本构件（3）受拉构件受拉构件与受压构件（直杆件）的主要区别在于前者受拉，后者受压，其余特点两者基本相同。

2）按构件材料的分类1.2结构基本构件

桥梁结构使用的主要建筑材料有混凝土、普通钢筋和预应力钢筋、石料、钢材、木材等。工程上依结构构件采用的主要建筑材料分为钢筋混凝土（结构）构件、预应力混凝土（结构）构件、圬工（结构）构件、钢（结构）构件和木（结构）构件。

（1）钢筋混凝土构件是由钢筋和混凝土两种材料制成的构件。 根据构件的受力情况,合理地配置受力钢筋可形成承载力较高、刚度较大的结构构件。在公路桥涵中，钢筋混凝土主要用于中小跨径桥梁受弯构件、受压构件和受扭构件等。

（2）预应力混凝土构件 是采用预应力钢筋和高强度混凝土（以及普通钢筋）材料制成，并采用相应预应力钢筋张拉施工工艺在结构构件中建立预加应力的构件。 在公路桥涵中，预应力混凝土常用于大跨径桥梁的受弯构件、受拉构件和受扭构件。

（3）圬工构件 采用胶结材料将天然石料、混凝土预制块等块材按一定规则砌筑成整体或整体浇筑混凝土（只设置局部的钢筋，不设置整体受力钢筋）的结构构件。 在公路桥涵中，圬工主要用于桥梁的受压构件和防护工程。1.2结构基本构件

（4）钢构件 钢构件一般是由钢厂轧制的型钢或钢板通过焊接或栓接等连接组成的构件。在公路桥涵中，钢结构常用于大